NEWAGE 実験 1 （全体計画 ~ネウァゲと呼ばないで~）

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1 NEWAGE 実験 1 （全体計画 ~ネウァゲと呼ばないで~）
(　New generation WIMP search with an advanced gaseous tracking device　) PLB 578 (2004) 241 身内賢太朗（京大院理）　Y30-D20 谷森達、窪秀利、竹田敦、永吉勉、関谷洋之 折戸玲子、高田淳史、岡田葉子、西村広展、服部香里 NEW： “WIMPの風“の直接検出 AGE： 独自の検出器“マイクロTPC” 2004年9月29日 日本物理学会

2 目次 1 DM探索2010 2 NEWAGEの戦略 3 Road to the NEWAGE 4 まとめ 0 はじめに
先駆的計算：2001年春学会(折戸・谷森)　 本計画はこれを受けてより現実的に見積もりを行い、 年度の計画で 　　　「大型マイクロTPCによるDM探索新手法の確立」 　　　　　　　　　　　　　　　　　　としてスタート。 2004年9月29日 日本物理学会

3 １ DM探索2010 LHC、GLAST等で「兆候」？ ますます直接検出による「確証」が渇望。 信頼度は現在の季節変動の主張程度？
　　　　　（c.f. DAMAのfirst論文は1998。） ますます直接検出による「確証」が渇望。 2004年9月29日 日本物理学会

4 IDM2004（@エジンバラ）から占うDM探索2010 4巨頭会談 XMASS！ UK総帥 おしゃべりUSA人 スペインの アイディアマン
NaIはやめたZeplineと DRIFTで勝負だ。 CDMS １ｔにしたい。 でもどちらかというとXeで１ｔ作る。 スペインの アイディアマン 日本の少年 僕は人と違うことやるよ。 日本の鬼 XMASS！ そっか、大質量ってのと方向性が今後のトレンドだな。大質量はXMASSにお任せで、DRIFTを撃墜だ。 2004年9月29日 日本物理学会

5 次世代DM探索に求められること 巨大質量 or 方向性 ＋ 中性子バックグラウンド対策 （これもIDMで非常に議論がさかんだった）
　　　　　　　　　＋ 中性子バックグラウンド対策 　　（これもIDMで非常に議論がさかんだった） 2004年9月29日 日本物理学会

6 2 NEWAGEの戦略 ～三つのFAQにお答えします～
ナイーブな質問ですが… 「ガスなんて質量なくてだめじゃん」 　　　⇒大質量検出器（XMASS）と比較 ある程度状況追っかけてます。 「でもDRIFT(英)がやってるじゃん」 　　　⇒だから“advanced”なんです マニアですが… 「中性子BGはどうするの？」 　　　⇒ガス検出器の特徴を活かします 2004年9月29日 日本物理学会

7 XMASS-NEWAGE 大質量検出器（XMASS） 方向性検出器（NEWAGE） 非対称性 10倍 ~10発
統計が稼げる：制限曲線を押し下げる 証拠は季節変動に頼らざるを得ない 方向性検出器（NEWAGE） 「原子核反跳の非対称性」と言う強い証拠 統計は少ない（ただし 1/1000の統計で同等の感度） WIMP WIND γ F 3σで見るには 季節変動　5% 　 ~10000発　　　 非対称性 10倍 ~10発 2004年9月29日 日本物理学会

8 Complementary & Comparable
XMASS-NEWAGE (2) 感度：XMASS 1t　⇔　NEWAGE 1kg SD　SI 容積：Liq Xe 1tの安全バッファー ~ 　170m3 　　　　 CF4 ガス（30 torr）F 1kg　~　7.5m3 Complementary & Comparable 2004年9月29日 日本物理学会

9 2 NEWAGEの戦略 ～三つのFAQにお答えします～
ナイーブな質問ですが… 「ガスなんて質量なくてだめじゃん」 　　　⇒大質量検出器（XMASS）と比較 ある程度状況追っかけてます。 「でもDRIFT(英)がやってるじゃん」 　　　⇒だから“advanced”なんです。 マニアです。 「中性子BGはどうするの？」 　　　⇒ガス検出器の特徴を活かします 2004年9月29日 日本物理学会

10 今、このタイミングで開始することで勝機有
DRIFT v.s. NEWAGE の勝算 DRIFTの現状 (2004年9月現在) 敵は10年の長あり すでに1m3検出器を地下で一年以上稼動 大型MWPC故の問題 未知のバックグラウンド 2mmピッチのMWPC　／　二次元飛跡 “advanced”検出器に着手したところ NEWAGE DM実験、地下実験の経験有 今年中に30cm角検出器を入手 400mmピッチ　／　三次元飛跡を実際に検出済 今、このタイミングで開始することで勝機有 2004年9月29日 日本物理学会

11 2 NEWAGEの戦略 ～三つのFAQにお答えします～
ナイーブな質問ですが… 「ガスなんて質量なくてだめじゃん」 　　　⇒大質量検出器（XMASS）と比較 ある程度状況追っかけてます。 「でもDRIFT(英)がやってるじゃん」 　　　⇒だから“advanced”なんです。 マニアです。 「中性子BGはどうするの？」 　　　⇒ガス検出器の特徴を活かします 2004年9月29日 日本物理学会

12 バックグラウンド γ線：dE/dxにより除去可能（竹田公演）。 中性子：水（~50cm）によるシールド。 3桁程度落ちる ＋
　　　　　　　　3桁程度落ちる 　　　　　　　　　　　＋　　 　ガスを換えることで同じ検出器でのモニタが可能。 CF4 CF4 CF4 +3He +C2H6 DM箱 熱中性子箱 高速中性子箱 2004年9月29日 日本物理学会

13 いずれも簡単なシミュレーション 神岡シールドなし 30cmキューブ 0.3気圧 100日 高統計 C2H6エネルギー×0.4
2004年9月29日 日本物理学会

14 3 Road to the NEWAGE NS (NEWAGE Station) Staion化によるスケールアップ
2005年秋までにNS1ヶ（1cube搭載）完成 2006年始めより神岡で測定開始 1cube=4TPC 1NS=2cubes 80cm Shield Station + 0.2m3(=30g) / NS 140cm 2０0cm Water elec. system mPIC(30×30cm2) E -20kV 2004年9月29日 日本物理学会

15 制限曲線を引く （統計が足りないので他実験には数桁劣るが）
ロードマップ 2004年9月 2005年秋 目標（2007年3月） μTPC開発 10cm完成 30cm完成 2モジュール以上 　低圧安定性 0.5atmで安定 0.05atmで安定 同左 　飛跡検出 竹田公演 F 40keV (3mm) 　エネルギー校正 電離量で取得 中性子TOFで確認 　検出効率 未測定 電子拡散測定 　&直接測定 30cm driftで 　100％に近い値 　γ除去 95％以上 再測定 1e3 読み出し回路 10cm用完成 30cm用完成 多モジュールへ 中性子 シミュレーション 荒い見積り　　（GEANT4） GEANT4 / FLUKA 実測と比較 実験 地上実験 地下に移設 中性子測定を開始 DM測定を開始 制限曲線を引く （統計が足りないので他実験には数桁劣るが） 2004年9月29日 日本物理学会

16 4 まとめ これからです NEWAGE-dedicatedなマンパワーが希少。 やることは満載。他機関からのご協力を。 シミュレーション
シンチ光によるTPCセルフトリガ 辛辣な質問　　　 　　　　　　　　　　　　　などなど Contact 2004年9月29日 日本物理学会

17 以下　予備スライド 2004年9月29日 日本物理学会

18 Sensitivities “Detection” by Forward/Backward 3σasymmetry Simple and reliable 　CF4 for Spin-Independent 2004年9月29日 日本物理学会 SI

19 Sense of tracks sense known 20keV F Bragg curve(solid) sensitivities
sense unknown 2004年9月29日 日本物理学会

20 Sense of tracks http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp 2004年9月29日
日本物理学会

21 3 計画 NS (NEWAGE Station) 2005年秋までにNS1ヶ（1cube搭載）完成 2006年始めより神岡で測定開始
1NS=8cubes +water(50cm)+electronics 1cube=2TPC 150cm mPIC(30×30cm2) E -20kV 60cm 70cm 250cm water 220cm elec. system 2004年9月29日 日本物理学会

22 3 Road to the NEWAGE NS (NEWAGE Station) Staion化によるスケールアップ
2005年秋までにNS1ヶ（1cube搭載）完成 2006年始めより神岡で測定開始 mPIC(30×30cm2) E -20kV 60cm 70cm 1cube=2TPC 1NS=4cubes 200cm 2０0cm Water elec. system Shield Station + （0.2m3 　　=30g/NS） 2004年9月29日 日本物理学会

23 4. Road to the NEWAGE NEWAGE eve (R&D with 30cm cube) NEWAGE (1m3)
2003 g-ray BG rejection Electron diffusion Long term operation Low pressure operation 1m3micro-TPC NEO μ-PIC Drift plane NEWAGE (1m3) 2005+ BRAND-NEWAGE 　　　　　　(1m3×30) micro-TPC 27m3 WATER 50cm 201? Smith 2004年9月29日 日本物理学会

24 トゥードゥーリスト ガンマ線除去能力 電子拡散 飛跡取得効率 低圧力での安定動作 1年でNS1ヶ完成 神岡で測定開始
2004年9月29日 日本物理学会

25 Performance of m-TPC 10×10×8cm3 μ-TPC : developed
Tracking including the direction（>3mm） Fine spatial resolution (2D：120μm, 3D：320μm) 2004年9月29日 日本物理学会 “Bragg curve”

26 Background rejection Particle I.D. (DM: nucleus BG-gamma: electron) 　　　　　　>95％ gamma-ray rejection (very preliminary study) dE/dX [keV/cm] χ2/d.o.f 252Cf (n+γ) 22Na (γ) nucleus event 2mm c.f. 25keV electron：>10cm Simulations （25keV F ion in 20 Torr CF4） Experimental results 2004年9月29日 日本物理学会

27 3. NEWAGE : DM search with m-TPC
Expected WIMP-signals Recoil angle distribution Forward-backward asymmetry WIMP WIND γ F Simulation conditions: Kamioka 50 water shield g-ray BG 100% rejected CF4 20Torr track>3mm Eth=25keV hatched：WIMP painted：neutron BG 2004年9月29日 日本物理学会

28 Sensitivities “Detection” by Forward/Backward 3σasymmetry Simple and reliable 　Xe for Spin-Dependent CF4 for Spin-Independent 　New Journal of Phys.2(2000)14 SD 2004年9月29日 日本物理学会 SI

29 DM探索 過去と未来 Birth of DM 1990~2000 DM revolution 2000~2004
1990年に宇宙の暗黒面に向けて初の接近が試みられるとる従来型の武器を携えた挑戦者たちが暗黒面への一番乗りをめざして凌ぎを削り始めた。 DM revolution　2000~2004 DAMA帝国による恐怖政治は低温連合の波状攻撃によって瓦解する。 DM new era 2004~2010 低温連合は恐怖政治の終焉とともにその役目を終了、姿を消していった。その後の主役の座を期されていた天才組はその首領を失うと間もなく消滅、かわって台頭したのが巨大質量軍団と瓦斯企画の相互連携にによる 2004年9月29日 日本物理学会